核心素養(yǎng)視域下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究
——以“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”為例

劉 芬

（江蘇省運(yùn)河中學(xué)，江蘇 邳州 221300）

核心素養(yǎng)是新課改的重要導(dǎo)向，對(duì)于高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，為了保障學(xué)生的終身發(fā)展，讓學(xué)生能更好地適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展需求，物理教師應(yīng)當(dāng)改變沉痼的教學(xué)理念，以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)作為教學(xué)目標(biāo)。高中物理核心素養(yǎng)分為物理觀念、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任幾個(gè)方面，這是高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)立足的基石。本文以“實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”的教學(xué)為例，探究核心素養(yǎng)導(dǎo)向下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效策略。

一、情境導(dǎo)入，培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念

所謂物理觀念，代指人們從物理學(xué)視角上對(duì)能量、物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)、相互作用產(chǎn)生基本的認(rèn)識(shí)，并能從中總結(jié)概念，分析其中的規(guī)律，以解釋現(xiàn)實(shí)中的物理問(wèn)題與自然現(xiàn)象。換言之，當(dāng)學(xué)生看到某個(gè)物理名詞，能立刻聯(lián)想到對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)情景，而看到物理情景時(shí)，又能迅速聯(lián)系到相關(guān)的物理知識(shí)。若想通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)高中生的物理觀念，教師應(yīng)當(dāng)采用情境教學(xué)法，將物理知識(shí)與實(shí)驗(yàn)情景結(jié)合在一起，加深學(xué)生的學(xué)習(xí)印象。創(chuàng)設(shè)情境的優(yōu)勢(shì)在于教學(xué)的直觀性，教師需要給學(xué)生帶來(lái)強(qiáng)烈的感官刺激，營(yíng)造引人入勝的教學(xué)情景。對(duì)此，教師可以利用多媒體技術(shù)，將抽象的知識(shí)點(diǎn)代入到生活場(chǎng)景中，從而形象地展現(xiàn)出來(lái)。

例如，在教學(xué)“平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)之前，教師可以先播放一段真實(shí)的新聞：巴基斯坦俾路支省的山區(qū)突然燃起了大火，連續(xù)數(shù)日都沒(méi)有熄滅。相鄰國(guó)家伊朗準(zhǔn)備派出消防飛機(jī)，聯(lián)合巴基斯坦政府開(kāi)展聯(lián)合滅火任務(wù)。在播放完新聞之后，教師可以播放另一段視頻，展示消防飛機(jī)的滅火步驟，讓學(xué)生了解到飛機(jī)滅火的具體過(guò)程。通過(guò)情境的展示，學(xué)生可以清晰觀察到飛機(jī)在空中拋灑阻燃劑時(shí)，阻燃劑會(huì)有規(guī)律地完成一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，教師可以讓學(xué)生結(jié)合之前學(xué)過(guò)的物理知識(shí)，進(jìn)行初步的聯(lián)想，分析這種運(yùn)動(dòng)是否符合以前學(xué)過(guò)的物理運(yùn)動(dòng)。通過(guò)這種方式，可以加強(qiáng)學(xué)生新知識(shí)與舊知識(shí)之間的聯(lián)系，促進(jìn)教學(xué)情境與物理概念之間的聯(lián)想，有助于學(xué)生物理觀念的生成。

二、問(wèn)題設(shè)置，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

所謂科學(xué)思維，代指學(xué)生針對(duì)某個(gè)問(wèn)題或現(xiàn)象，進(jìn)行質(zhì)疑、推理、論證、修正等一系列的分析過(guò)程，這是學(xué)生學(xué)習(xí)物理必須具備的基本品質(zhì)。若想培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，教師通常要注重以下幾個(gè)教學(xué)要點(diǎn)：①建構(gòu)物理模型。通過(guò)模型將案例與物理知識(shí)對(duì)接，讓學(xué)生能在模型的基礎(chǔ)上完成假設(shè)、推導(dǎo)的分析過(guò)程。②重視推理的經(jīng)過(guò)。推導(dǎo)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，學(xué)生往往要根據(jù)一些已知的知識(shí)點(diǎn)，在合理的依據(jù)下分析出新的結(jié)論。如果重視推理過(guò)程，學(xué)生的思維能力將會(huì)得到最大化的鍛煉。③猜想固然重要，但證據(jù)更重要。物理實(shí)驗(yàn)并非盲目探索，而是要在合理的依據(jù)上步步推進(jìn)。對(duì)此，教師需要讓學(xué)生了解到證據(jù)和觀點(diǎn)的區(qū)別，教導(dǎo)學(xué)生如何合理使用證據(jù)，以及怎樣通過(guò)證據(jù)表述自己的觀點(diǎn)。④大膽提出質(zhì)疑，并在質(zhì)疑的基礎(chǔ)上積極探索、嘗試創(chuàng)新，挖掘自身的思維潛力。針對(duì)以上培養(yǎng)目標(biāo)，教師可以通過(guò)問(wèn)題教學(xué)法在情境教學(xué)的基礎(chǔ)上設(shè)置問(wèn)題，由淺至深地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度思考。

例如，在播放完巴基斯坦山火的視頻之后，教師可以利用電子白板，在屏幕上建構(gòu)建消防飛機(jī)滅火的物理模型。在此過(guò)程中，教師也可以對(duì)學(xué)生提出相應(yīng)的思考問(wèn)題：①為什么消防飛機(jī)在拋灑阻燃劑時(shí)，沒(méi)有在火場(chǎng)的正上方拋灑，而是要提前釋放呢？②如果在火場(chǎng)正上方拋灑阻燃劑，有可能會(huì)出現(xiàn)什么樣的后果？③觀察阻燃劑在空中的運(yùn)動(dòng)軌跡，分析這種軌跡有什么樣的特點(diǎn)？以上三個(gè)問(wèn)題層層遞進(jìn)，均與消防飛機(jī)的滅火情境有關(guān)。需要學(xué)生結(jié)合視頻，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行初步分析與討論。教師可以將學(xué)生分組，給學(xué)生預(yù)留充足的討論時(shí)間，讓各小組總結(jié)出問(wèn)題的結(jié)論。最后，針對(duì)學(xué)生的思考結(jié)果，教師預(yù)設(shè)一個(gè)簡(jiǎn)單的小實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生提出猜想。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：準(zhǔn)備好橡皮筋、鉛筆、靶子等道具，將鉛筆水平放置在拉伸狀態(tài)的橡皮筋上，將靶子舉起，保證筆尖與靶心在同一高度。隨后，將鉛筆射出的同時(shí)松開(kāi)靶子，讓其自由落體，觀察最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。針對(duì)之前對(duì)滅火視頻的分析結(jié)果，學(xué)生可以對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行猜想：鉛筆是否能射在靶子上？筆尖是否能正好落在靶心？

三、實(shí)驗(yàn)對(duì)比，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力

所謂科學(xué)探究，是在猜想、假設(shè)的基礎(chǔ)上制定相應(yīng)的研究方案，通過(guò)收集信息、計(jì)算數(shù)據(jù)得出科學(xué)的證據(jù)，對(duì)猜想進(jìn)行準(zhǔn)確解釋。對(duì)于高中物理實(shí)驗(yàn)而言，科學(xué)探究的培養(yǎng)是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。這需要教師幫助學(xué)生設(shè)計(jì)出符合邏輯的探究方案，以核心素養(yǎng)的角度觀察和分析實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。如果預(yù)設(shè)的方案并沒(méi)有得出既定的結(jié)果，學(xué)生還要對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行多次修正，通過(guò)反復(fù)對(duì)比，找出其中的問(wèn)題。因此，想要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究核心素養(yǎng)，教師需要將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)放還給學(xué)生，貫徹“以生為本”的教育原則。

針對(duì)“鉛筆與靶子”的自由落體實(shí)驗(yàn)，教師可以讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。按照學(xué)生之前的猜想，如果實(shí)驗(yàn)順利，鉛筆應(yīng)當(dāng)能正好射在靶心上。但在具體實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，鉛筆在靶子上留下的痕跡往往會(huì)與靶心有一定的距離。此時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題？究竟是什么因素導(dǎo)致了誤差的出現(xiàn)？如何能避免這些因素的影響？學(xué)生通過(guò)討論，可以提出許多猜想：①鉛筆沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)靶心。②鉛筆沒(méi)有保持水平狀態(tài)。③射出鉛筆與松開(kāi)靶子兩種行動(dòng)不同步。針對(duì)以上猜想，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中逐步加以修正，嘗試將誤差減到最小。

經(jīng)過(guò)多次修正后，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論實(shí)驗(yàn)操作再怎樣精準(zhǔn)，誤差依然會(huì)存在。在此基礎(chǔ)上，教師可以為學(xué)生推薦其他與“平拋運(yùn)動(dòng)”有關(guān)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，作為學(xué)生課后的探究學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生思考哪一種實(shí)驗(yàn)方式的誤差可能最小？如圖1 所示，共有五種實(shí)驗(yàn)方案。其中，前兩種為自制教具，要求學(xué)生通過(guò)測(cè)量小球軌跡、水珠軌跡的方式完成“平拋運(yùn)動(dòng)”的驗(yàn)證；第三種和第四種為當(dāng)前教材的統(tǒng)一教學(xué)案例，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室完成；第五種屬于現(xiàn)代數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)范疇，需要在專用教室進(jìn)行。學(xué)生可以在課余時(shí)間向教師申請(qǐng)逐一嘗試以上實(shí)驗(yàn)案例，做好數(shù)據(jù)記錄，分析各種實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)點(diǎn)與缺陷。在反復(fù)嘗試、對(duì)比的過(guò)程中，教師可以從多個(gè)角度培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。同時(shí)，也能讓學(xué)生體會(huì)從機(jī)械化實(shí)驗(yàn)到信息化實(shí)驗(yàn)的進(jìn)步。

圖1

四、反饋總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任意識(shí)

完成以上教學(xué)環(huán)節(jié)之后，教師需要帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行復(fù)盤。通過(guò)歸納總結(jié)，不僅能幫助學(xué)生鞏固學(xué)習(xí)成果，也能深入剖析物理實(shí)驗(yàn)中隱藏的學(xué)科內(nèi)涵，將實(shí)驗(yàn)知識(shí)與生活、社會(huì)、國(guó)家聯(lián)系在一起，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

所謂科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，要求學(xué)生對(duì)科學(xué)技術(shù)抱有正確的學(xué)習(xí)態(tài)度，并結(jié)合當(dāng)前的環(huán)境建設(shè)、社會(huì)發(fā)展，形成健康的責(zé)任意識(shí)。這種核心素養(yǎng)的定義比較廣泛，除了優(yōu)秀的價(jià)值觀念以外，學(xué)生還需要對(duì)知識(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣，具備優(yōu)秀的求知求真精神與出色的團(tuán)隊(duì)作風(fēng)。對(duì)此，教師可以通過(guò)自評(píng)、互評(píng)等多元評(píng)價(jià)的方式，讓學(xué)生談一談自己在實(shí)驗(yàn)探究中得到了什么學(xué)習(xí)收獲？在與他人合作實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，曾犯下什么錯(cuò)誤？如何將錯(cuò)誤及時(shí)修正？由此，可以客觀地分析學(xué)生的優(yōu)點(diǎn)與不足，讓學(xué)生能正視自己的水平，培養(yǎng)優(yōu)秀的學(xué)習(xí)態(tài)度。最后，教師可以讓學(xué)生在網(wǎng)上查詢資料，了解“平拋運(yùn)動(dòng)”對(duì)社會(huì)建設(shè)能起到什么樣的價(jià)值。例如人工降雨、飛機(jī)滅火、撒藥滅蝗等等，在潛移默化中為學(xué)生樹(shù)立良好的社會(huì)責(zé)任。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著新課改的不斷深入，未來(lái)的高考不僅會(huì)測(cè)試學(xué)生是否能扎實(shí)地掌握知識(shí)，還會(huì)從實(shí)踐能力、科學(xué)思維、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)責(zé)任等多個(gè)角度入手，考查學(xué)生的綜合素質(zhì)。通過(guò)對(duì)“平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)的深入探究，學(xué)生可以對(duì)比以往的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與信息技術(shù)環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，從而更好地建構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停驖u進(jìn)地完成質(zhì)疑、假設(shè)、推理、論證、實(shí)驗(yàn)、總結(jié)的學(xué)習(xí)過(guò)程。這不僅能培養(yǎng)學(xué)生的探究精神，還能激發(fā)學(xué)生的主觀學(xué)習(xí)能動(dòng)性，對(duì)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)大有裨益。